美國總統(tǒng)特朗普曾發(fā)布了國家量子倡議法案。在未來10年內(nèi)，美國政府將投入超過12億美元用于量子信息科學(xué)研究。

這項法案的通過表明，美國兩黨政府將緊跟中國等國家的腳步，大力開發(fā)量子技術(shù)，包括量子計算、量子加密和量子通信等。

世界經(jīng)濟(jì)和軍事格局很可能就此改變。

其中，美國尤為關(guān)注量子計算技術(shù)的發(fā)展，因為它的發(fā)展極有可能會破解那些保護(hù)政府和國家企業(yè)機(jī)密的計算機(jī)算法。另一方面，對量子科學(xué)的投資也能夠為美國帶來突破，幫助鞏固技術(shù)的領(lǐng)先地位和國家安全。如果其他國家在某項量子技術(shù)上領(lǐng)先于美國，那美國的地位就會受到動搖。值得注意的是，中國特別重視投資量子科學(xué)，并希望能夠以此突破美國現(xiàn)在享有的傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢。

“很明顯，中國希望把握這次歷史性的機(jī)遇，趕上、甚至超越美國。”華盛頓特區(qū)新美國安全中心（CNAS）的兼職研究員Elsa Kania在最近的新聞發(fā)布會上表示。

但Kania解釋說，量子技術(shù)的發(fā)展更像是一場馬拉松，而不是短跑比賽。美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院在最近的報告中承認(rèn)，制造通用量子計算機(jī)仍需要十年以上的時間。工程師們必須先弄清楚如何構(gòu)建更大的量子比特陣列，并且要使這些脆弱的量子比特能夠維持長時間的穩(wěn)定，以便執(zhí)行有效的計算。

無論量子計算是否真的如傳言那般厲害，其在影響國家安全和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位的潛力，已經(jīng)足以促使美國和中國采取行動。

不僅僅是量子計算技術(shù)，該領(lǐng)域的其他量子技術(shù)的影響均不可輕視。量子通信和密碼學(xué)技術(shù)的發(fā)展很可能構(gòu)建出牢不可破的理想網(wǎng)絡(luò)。另外，量子雷達(dá)和傳感技術(shù)可以探測到隱形飛機(jī)和水下潛艇。同時，量子導(dǎo)航可以提供精確的地理定位而無需依賴基于空間的GPS。

Kania在她與美國國土安全部的John Costello合寫的一份CNAS報告中闡述了，中國在量子技術(shù)研究中投入了大量由國家支持的科研力

中國的抱負(fù)——實(shí)現(xiàn)量子領(lǐng)域的飛躍式進(jìn)步

Kania認(rèn)為，中國大力發(fā)展量子技術(shù)是出于對美國情報能力和其在中國境內(nèi)監(jiān)視活動的擔(dān)憂。***在2018年1月的新年致辭中強(qiáng)調(diào)了量子技術(shù)的戰(zhàn)略重要性，并特意強(qiáng)調(diào)中國在量子計算技術(shù)方面所獲得的成就。

根據(jù)CNAS的報告，中國的科學(xué)家和工程師雖然是量子馬拉松的后起之秀，但是他們目前享有不限量的量子科學(xué)技術(shù)發(fā)展資源。盡管缺乏有關(guān)中國對此投入資金的詳細(xì)信息，但Kania和Costello估計“目前的資金量達(dá)數(shù)十億美元”。

如此大量的國家資金投入之下，中國已在量子科學(xué)研究道路上獲得了多個里程碑式的成就。2016年8月，中國發(fā)射了世界上第一顆量子衛(wèi)星，作為太空與地球之間量子通信鏈路的測試平臺。它還完成了一條長達(dá)2,000公里的從北京到上海的光纖骨干網(wǎng)，用于地面量子網(wǎng)絡(luò)。

2017年，中國再次展示了其在量子技術(shù)領(lǐng)域的成就，如使用衛(wèi)星來測試量子加密技術(shù)，同時在量子通訊的比特糾纏技術(shù)上取得領(lǐng)先地位。

另一個例子來自量子雷達(dá)領(lǐng)域。2016年9月，中國研究人員發(fā)表了新的量子雷達(dá)研究數(shù)據(jù)，提高了檢測百公里外目標(biāo)的精確度。據(jù)報道，該范圍是2015年某國際團(tuán)隊支持的實(shí)驗室原型的五倍。中國研究人員表示，他們下一個版本的量子雷達(dá)將能夠探測隱形轟炸機(jī)，并可能跟蹤彈道導(dǎo)彈。

“中國已經(jīng)彰顯了其在量子領(lǐng)域的雄野計劃，歐洲、英國、澳大利亞和加拿大也是。”芝加哥大學(xué)的自旋電子學(xué)和量子信息教授David Awschalom說：“所有這些都是國家戰(zhàn)略，現(xiàn)在也是美國做這件事的好時機(jī)。”

David Awschalom

美國欲實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)全方位發(fā)展

Awschalom認(rèn)為，我們很難評估中國國家量子科學(xué)和技術(shù)計劃的成就。不過，美國國家計劃可以使我們在量子技術(shù)發(fā)展的所有領(lǐng)域保持競爭優(yōu)勢。比方說，量子通信和傳感應(yīng)用可能在未來五年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。

在這方面，美國已經(jīng)開始在中等距離上建立量子加密和通信網(wǎng)絡(luò)，其中最值得一提的就是連接Argonne國家實(shí)驗室和Fermi國家加速器實(shí)驗室長達(dá)48公里的量子網(wǎng)絡(luò)。這是聯(lián)邦實(shí)驗室聯(lián)合芝加哥大學(xué)一起開展的，由Awschalom執(zhí)導(dǎo)的芝加哥量子交換合作項目。

12月，國家量子倡議法案在眾議院和參議院獲得通過，并得到共和民主兩黨的支持，這將助力美國的量子技術(shù)研究，但有關(guān)政府財政預(yù)算的政黨斗爭又使這一法案搖搖欲墜。

美國國家量子倡議計劃將向各類政府機(jī)構(gòu)收取費(fèi)用，包括美國國家航空航天局（NASA）和國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所，從而為量子科學(xué)和技術(shù)鋪平道路，但這僅靠政府導(dǎo)向是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。Awschalom表示，美國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界正在協(xié)力規(guī)劃該項目。

國家計劃還包括了，在美國國家科學(xué)基金會和美國能源部旗下分別創(chuàng)立2到5個基礎(chǔ)研究和教育的中心，專攻量子信息科學(xué)。

讓研究成果走出實(shí)驗室

Awschalom認(rèn)為，讓公司研究人員參與進(jìn)來，幫助轉(zhuǎn)化實(shí)驗室原型為商業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)尤為重要。近期，硅谷也對量子計算等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生了不小的興趣，一次由企業(yè)資助基礎(chǔ)技術(shù)研究工作的浪潮已然出現(xiàn)。

“IBM，英特爾，谷歌和微軟-這四家大型科技公司都以深刻而有意義的方式積極參與量子信息科學(xué)” Awschalom說。

培養(yǎng)人才對于任何開展量子研究的國家都至關(guān)重要。根據(jù)CNAS報告，美國國家量子科學(xué)和技術(shù)計劃可能有助于確保量子研究擁有“持續(xù)的基本資金”，以吸引和留住核心研究人員。

該報告還建議美國國家科學(xué)基金會建立獎學(xué)金計劃，鼓勵學(xué)生從事量子科學(xué)職業(yè)。它還建議建立一個美國國家量子科學(xué)和技術(shù)實(shí)驗室，以促進(jìn)私人與政府的合作，為長期研究項目提供資金。

“我們的學(xué)生和研究生不應(yīng)該都只待在學(xué)術(shù)環(huán)境中-他們應(yīng)該去到各個國家實(shí)驗室和公司，”Awschalom說。“我自己的許多學(xué)生都在IBM和Google工作，他們自己也很喜歡在這些公司工作。”